bÖlÜm 18 depremler - hacettepe Üniversitesiyunus.hacettepe.edu.tr/~demirbag/18.pdf · ve...

DEPREMLER

KAYNAK: Understanding Earth, Frank Press ve Raymond Siever, Freeman yayımcılık. TekinYürür FJ 2005 1

BÖLÜM 18 DEPREMLER

Deprem, yerin sarsılması veya hareket etmesidir. Deformasyon geçirmekte olan

kayaçların bir fay kırığı boyunca aniden hareketleri ile olur. Fayın her iki tarafındaki

bloklar hareket ederek yer titreşimlerini meydana getirirler. Bu kayma genellikle plaka

sınırlarında - kabukta veya üst mantoda - oluşur.

San Andreas fayı boyunca meydana gelen 1906 San Fransisko depremi, arazi

incelemeleri itibarı ile o zamana kadar en iyi çalışılmış afetlerden biridir. Bu depremden

çıkarılan sonuçlardan biri elastik sıçrama (elastic rebound) teorisidir (Şekil 18.1). Bu

teoriye göre, deprem olana kadar fayın ayırdığı bloklar belirli bir miktarda deforme

olmaktadır. Bu deformasyon, fay boyunca plaka veya blok hareketlerinin devam etmesi

sonucu devam eden sıkışma ve sürtünmelerle olmaktadır. Fayın her iki tarafına ve fay

izine dik olarak çizilmiş sanal doğru parçalarının zamanla eğrileşmesi ile bu

deformasyonun yüzeysel şekli gösterilmiştir. Yer kabuğu içinde sürtünmelerle biriken

stresler, fay boyunca bir bölgede bir sıkışmaya, kilitlenmeye yol açarlar. Sonuçta, bir

müddet sonra bu kilitlenme zonunda hızlı bir hareketle (genellikle bir kaç dakika süren) ve

metrelerce olabilen bir yerdeğiştirme (atım) ile deprem oluşur. Genellikle nokta gibi

algılanan oluşma bölgesine odak (focus, hypocenter), bu bölgenin yeryüzüne dik

izdüşümüne de merkezüstü (epicenter) denir. Depremin yeryüzünde en fazla hissedildiği

ve hasar yapabileceği yer merkezüstüdür.

DEPREMLER


Kilitlenmişfay

Merkezüstü( episantr)

Odak

Atım miktarı

Şekil 18.1 Deprem oluşumu

DEPREMLER


Depremle oluşan veya yeniden hareketlenen kırık, bu anan şokun müddetince yerkabuğu içinde yayılır, ve uzunluğu 1 000

kilometreye kadar ulaşabilir.

Deprem sırasında oluşan titreşim ve sarsıntılara sismik (seismos, şok, deprem) dalgalar denir (Şekil 18.2).

Şekil 18.2. Depremle ilgili kavramlar

DEPREMLER


DEPREM ÇALIŞMALARI

Depremde ortaya çıkan dalgaları kaydeden ve kağıda çizerek incelenmelerini sağlayan aletlere sismograf (sismometre bu

işlemleri tamamen sayısal ortamda ve elektronik olarak yapan aletlerdir) denir (Şekil 18.3). Kayıtlar, ilke olarak, yer sarsıntılarını,

yere mümkün olduğu kadar az bağımlı bir ağırlığın hareketler sırasında oynamaması ile sağlanır. Deprem sırasında eylemsizliği

(hareketsiz cismin hareket etmeye karşı direnci) dolayısı ile, bu ağırlığa bağlanan bir yazıcı kalem, hareket eden bir kağıt düzlemine

depremi "çizer". Uygulamada bu ağırlık bir yayla (Şekil 18.3a) veya bir menteşe aracılığı (Şekil 18.3b) ile yere "bağlanır". Deprem

hareketleri, bu ağırlığa yere göre daha az bir ivme kazandırırlar ve kayıt yapılır. Modern sismometrelerle 10-18 santimetrelik

yerdeğiştirmeler (atomik boyutta !) algılanabilmektedir.

Şekil 18.3. Sismometrelerin çalışma ilkeleri

DEPREMLER


SİSMİK DALGALAR

Herhangi bir yere yerleştirilen bir sismograf, birkaç saat içinde yeryüzünde oluşan depremleri kaydetmeye başlar. Durgun bir

su yüzeyine atılan taş örneğinde olduğu gibi deprem odağından itibaren yeryüzüne yayılan dalgalar zaman içinde üç dalga grubu

halinde gelirler. İlk gelen dalgalara P (primary) daha sonra gelenlere de S (secondary) dalgaları denir. P ve S dalgaları yer içinde

hareket ederler. En son olarakta dünyanın yüzeyini kateden yüzey dalgaları kayıt edilirler (Şekil 18.4).

Yüze

y

dalga

ları

Dakika

P S Yüzey dalgaları

Sismograf

ÇekirdekOdak

Manto

SP

Şekil 18.4. Bir depreme ait P, S ve yüzey dalgaları. Solda, kesitte üç dalganın izlediği yollar gösterilmiştir.

DEPREMLER


Fizik olarak, P dalgaları (Şekil 18.5a), havada hareket eden ses dalgalarını andırırlar.

Ses dalgaları gibi, kompresyonel (sıkıştırıcı) dalgalardır: katı, sıvı veya gaz halindeki

maddelerden geçerken madde parçacıklarını dalga hareket yönünde sıkıştırır (contraction)

veya serbestleştirirler (relaxation). Kayada hızları 5 km/saniye kadardır.

S dalgaları ise, katı kayaçtan geçebilirler (Şekil 18.5b). Hızları P dalgalarınınkinin

yarısı kadardır. Katettikleri maddenin parçacıklarını dalga hareket yönüne göre dik

yönlerde sallamaları nedeni ile S dalgalarına kesme (shear) dalgaları da denir. Kesme

dalgaları sıvı ve gazlarda oluşmazlar. Yüzey dalgaları (Şekil 18.6), kumulların

oluşabilmesine benzer bir şekilde serbest bir yüzey gereksinirler (kumullarda hava, bu

serbest yüzeydir) ve bu nedenle arzın en üst tabakalarında seyahat ederler. Bir kısmı

eğrisel hareketler şeklinde yayılırken diğer bir kısmı da yanlara doğru yayılım gösterirler.

DEPREMLER


Fayda kayma Fayda kayma

Kesmedalgası

Basınçdalgası

a) P dalgası hareketi b) S dalgası hareketi

Şekil 18.5. P ve S deprem dalgalarının karşılaştırılması. a) P basınç dalgaları, birim

karenin sıkışma ve genleşmesini sağlar. b) S kesme dalgaları, birim kareyi paralelkenar

haline getirerek deforme eder.

DEPREMLER


Şekil 18. 6. İki değişik yüzey dalgasına ait yayılma şekilleri.

Merkezüstünün (episantr) saptanması

Bir depremin merkezüstünün saptanabilmesi için, deprem olgusunun iyi anlaşılmış

olması gerekir. Bunun üzerinde sismograflardan sağlanan verilerle yürütülen çalışmalar ve

varılan sonuç, şu örnekle açıklanabilir. Bir fırtına esnasında oluşan yıldırımın ne kadar

uzakta olduğunu anlamak için, ses hızı bilindiğine göre, yıldırımın ışığı ile gökgürültüsünün

duyulması arasındakı zaman farkının ölçülmesi gerekir. Deprem örneğinde, yıldırım ışığı

P, gökgürültüsü ise S dalgaları ile eşdeğerdir.

P ve S dalgaları arasındaki zaman mesafesi, bu dalgaların yerkabuğu içindeki

seyahat mesafesi ile orantılıdır. Diğer bir deyiş ile, dalgaların oluştuğu deprem odağı ne

kadar uzak ise, P ve S dalgaları arasındaki zaman aralığı da o kadar uzun olacaktır.

DEPREMLER


Şekil 18.7'de, sanal bir deprem odağı, odaktan yayılan dalgalar, bu dalgaları

kaydeden üç istasyon, bu kayıtlar ve bunlardan itibaren odak saptanması yöntemi

anlatılmıştır. Modern kayıt ve işlem istayonlarında, bu işlemler bilgisayarlarla ve

optimizasyon yöntemleri kullanılarak - yani tüm kayıtların işlenerek en uygun merkezüstü,

deprem oluş zamanı ve odak derinliği ile, depremin hangi kuvvetler etkisi altında oluştuğu

- yürütülmektedir (ayrıntılı bilgiler için bakınız NEIC/USGS veya Japon ERI siteleri).

SismografB

SismografC

Episantr

Odak SismografA

Şekil 18.7a. Kontur sayıları, bir depremden yayılan ve kaydedilen ilk P ve S dalgalarının

geliş zaman farklarıdır. P dalgalarının hızının, S dalgalarınkinin yaklaşık iki katı olması

nedeni ile, mesafe arttıkça aradaki zaman farkı da artar.

DEPREMLER


SismogramA

SismogramB

SismogramC

S dalgası

11 dakikalıkaralık

8 dakikalıkaralık

3dakikalıkaralık

Deprem episant rından uzaklık (km)

Depr

emin

oluş

unda

n iti

bare

n ge

çen

zam

an (d

akik

a)

Şekil 18.7b. Sismik zaman - yol diyagramı ile bir depremin istasyona olan uzaklığı

saptanabilir. Üç istasyon (A, B ve C: Şekil 18.7) kayıtları, bu eğrilerle karşılaştırıldığında,

örneğin A istasyonu için, merkezüstü uzaklığı 1500 km kadar bulunur. Diğer (B ve C)

istayonlardan elde edilen kayıtlardan da 5600 km ve 8000 km saptanır.

DEPREMLER


Episantr

Şekil 18.7c. Değişik istasyonlardan yapılan okumalardan deprem merkezüstünün

saptanması.

Bir depremin büyüklüğünü ölçmek

Yerbilimciler için bir depremin oluştuğu yeri bilmek kadar o depremin büyüklüğünü

veya magnitüdünü saptamakta önemlidir. Bir yerleşim alanı veya stratejik öneme sahip bir

bölgede (baraj, nükleer santral, vs) gelişebilecek bir depremin büyüklüğü inşaatların

yapımı ile ilgili parametreleri etkileyecek unsurların başında gelir.

Richter büyüklüğü

1935 yılında Kaliforniya'lı bir sismolog olan Charles RICHTER, astronomide

kullanılan ve yıldızların parlaklıklarını bir sayı (kadir) ile ifade etme yöntemini depremlere

DEPREMLER


uyguladı. Buna göre, Richter her depreme bir sayı (Richter büyüklüğü) atfetti. Bu sayı,

deprem sırasında çizilen kayıttaki eğrinin azami (maksimum) yüksekliği olan genlik

(amplitude) ile orantılıdır (Şekil 18.8). Yıldızların çok değişik sayılarla ifade edilen parlaklık

değerleri gibi, depremlerinde çok değişik aralıklarda büyüklükleri vardır. Bunun için Richter

ölçeğini değiştirdi ve logaritmik bir ölçek kullandı. Buna göre, iki depremin arasında yer

sarsıntısı genlikleri açısından aralarında 10 kat fark varsa bu fark Richter ölçeğinde 1

farka karşılık gelir. Örnek olarak, bir depremde kayıt genliği 2 mm, bir diğerinde ise 20 mm

olsun. Richter ölçeği itibarı ile bu depremlerin ilkinin büyüklüğü 2 ise, ikincisininki 3

olacaktır. Depremler sırasında ortaya çıkan enerji açısından düşünüldüğünde ise, birbirini

izleyen iki Richter büyüklüğü arasında (örneğin 2 ve 3) 33 katlık bir fark vardır. Diğer bir

deyişle, 3 büyüklüğünde bir depremin enerjisini 33 tane 2 büyüklüğünde deprem

yaratabilir.

Azamigenlik

Depremdalgalarınıngeliş i

Şekil 18.8. Bir depreme atfedilen Richter büyüklüğünün saptanması için kullanılan

yer sarsıntısının azami genliği.

Uzak mesafeler kateden sismik dalgalarda meydana gelen zayıflamalar nedeni ile,

odağa uzak istasyonlarda bu uzaklıkla orantılı düzeltmeler yapmak gerekmektedir.

Richter'in hazırladığı listeler yardımı ile bu düzeltmeler yapılabilmektedir.

Moment büyüklüğü (moment magnitude)

Klasik hale gelen ve halen kullanılan Richter ölçeğinden sonra sismologlar, bir

depremden belirli uzaklıkta bir yerin nasıl sallandığından öte, o depremin odağında neler

olduğu ile ilgili yeni bir büyüklük kavramı (moment büyüklüğü) geliştirdiler. Buna göre

DEPREMLER


oluşturulan yeni ölçekte, depremde oluşan atım miktarı, fay boyunca ve deprem kırığından

etkilenen alan ve kayaçların direnci ile ilgili unsurlar ele alınmaktadır.

Moment büyüklüğü, fiziksel anlamda, bir depremle ortaya çıkan enerji ile yakından

ilgili bir kavramdır. Her ne kadar moment büyüklüğü ve Richter büyüklüğü ile benzer

sonuçlara ulaşılsa da, moment büyüklüğü bir depremin sonuçlarından çok nedenleri ile

ilgili olması nedeni ile bilim insanları tarafından daha tercih edilmektedir.

Deprem şiddeti ile ilgili diğer unsurlar

Bir depremin yarattığı hasarı anlayabilmek için deprem büyüklüğü yeterli bir kavram

değildir. Zira en yakın şehre 2 000 km uzaklıkta meydana gelen ve 8 büyüklüğünde bir

deprem herhangi bir hasara yol açmazken, bir şehrin yakınında oluşacak 6 büyüklüklü bir

deprem büyük hasara yol açabilir.

Değiştirilmiş Merkalli Şiddet Cetvelinde bir deprem ile oluşan hasarlar ele

alınmaktadır. Bu cetvelde şiddetler I (çok hafif) ile XII (afet) arasında değişmektedir.

Şiddetin sayısal hale gelmesi, insanların hissetmeleri ve oluşan hasarla ilgilidir. Hasarlar

deprem büyüklüğü, merkezüstüne uzaklık, bina ve yapıların dayanımı, temellerin oturduğu

zemin ve kayaların türü gibi unsurlara bağlıdır. 1906 San Fransisko depreminin Merkalli

ölçeğinde şiddeti XI idi.

PLAKA TEKTONİĞİ ve DEPREMLER

Depremler çekme kuvvetleri veya basınç (sıkıştırma) kuvvetleri altında (Şekil. 18.9),

yeryüzünün üst kesimlerinde çeşitli derinliklerde gelişirler. Çekme kuvvetleri altında kalan

plakalar, veya bloklar, normal faylar boyunca birbirlerinden ayrılırlar (Şekil. 18.9b). Basınç

kuvvetleri ise plakaları birbirilerine yaklaştırır, ve ters faylar boyunca depremler yaratırlar

(Şekil. 18.9c). Birbirlerine göre yana doğru hareket eden plakaların arasında ise bir

transform fay bulunur (Şekil. 18.9d). Bu üç tür plaka sınırında, sığ veya derin depremler

gelişebilirler.

DEPREMLER


fay hattı

e

e: eğim

fayyüzeyiçekme

kuvveti

Normal fayDeprem öncesi

basınçkuvveti

Ters fay Yanal atımlı fay

Şekil 18.9. Deprem yaratan başlıca üç tip fay ve bunları doğuran kuvvetler. a) deprem

öncesi durum; b) çekme kuvvetlerine bağlı normal fay; c) basınç (sıkıştırma) kuvvetlerine

bağlı bindirme (ters) fayı; d) kesme kuvvetlerine bağlı yanal (veya doğrultu) atımlı fay.

Uzaklaşan plaka sınırlarında ve transform faylar boyunca genellikle sığ depremler

oluşur (Şekil 18.10). Yaklaşan plakalarda ise hem sığ hem de derin (Şekil 18.11)

depremler oluşabilir.

DEPREMLER


Deprem hasarları

Depremlerde hasarlar, sarsıntı sırasında ve sonrasında, özellikle merkezüstüne

yakın yerlerde yapıların yıkılması ile meydana gelir. Binalardan düşen malzemelerle gaz

ve elektrik hatlarından çıkan yangınlarla da yaralanmalar ve ölümler oluşmaktadır.

Depremin kıyıya yakın yerlerde oluşması durumunda ise, tsunami adı verilen

dalgalar gelişebilir (Şekil 18.12). Tsunamiler okyanuslarda saatte 800 km hızla hareket

eden, ve sığ kıyıya vardığında yükseliği 20 metreye ulaşabilen deprem dalgalarıdır, ve

kıyıda önemli hasarlar yaratabilirler (2004 yılı sonu Güney Asya depremi).

Açıklayıcı ve tamamlayıcı bilgiler için INTERNET adresleri:

Kandilli Rasathanesi : www.koeri.boun. edu.tr

Amerikan:USGS/NEIC:wwwneic.cr.usgs.gov/Japonya:www.eri.u-tokyo.ac.jp

çekme kuvvetlerinormalfaylanma

rift vadisi uzaklaşma)

okyanus

transform fay

Litosfer

Astenosfer

sığ depremler:uzaklaşan plakalar sınırındaçekme ve normal faylanma;transform faylarda doğrultu atım

Şekil 18.10. Plaka sınırlarında oluşan iki tür deprem: okyanusal sırtta (rift vadisi) plakaların

uzaklaşmasından kaynaklanan normal faylarla plakaların yan yana kaydığı transform fay.

DEPREMLER


Okyanus

Litosfer

AstenosferYükselen magma

Kıta

okyanushendeği

(yakınlaşma)

sığ depremlerderin depremler(çoğunlukla ters faylanma)

Şekil 18.11. Birbirlerine yaklaşan plakalarda oluşan sığ ve derin depremler. Deprem oluş

nedeni sıkışmadır. Derin odakların dizilimi dalan plakayı simgelemektedir.

bÖlÜm 18 depremler - hacettepe Üniversitesiyunus.hacettepe.edu.tr/~demirbag/18.pdf · ve...

Documents